面向西北地区枸杞干燥的太阳能-空气源热泵双源系统优化研究

王营超; 刘亚锁; 高钾; 蒋甲丁; 尹少武; 樊小朝

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.005

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面向西北地区枸杞干燥的太阳能-空气源热泵双源系统优化研究

储热材料与技术 | 更新时间：2026-07-17

- 面向西北地区枸杞干燥的太阳能-空气源热泵双源系统优化研究
- Optimization of solar-assisted air source heat pump dual-source system for wolfberry drying in Northwest China
- 综合智慧能源 2026年48卷第6期页码：57-67
- 作者机构：
  
  1.新疆工程学院能源工程学院，乌鲁木齐 830023
  2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广州 510641
  3.北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083
- 作者简介：
  
  王营超（1991），男，讲师，博士生，从事能源高效利用、传热传质、储能技术等方面的研究，wyc@xjie.edu.cn；
  刘亚锁（1994），男，讲师，硕士，从事储能技术、风能利用等方面的研究，lysusst@163.com；
  高钾（1985），男，副教授，硕士，从事燃烧及热辐射分析、智能发电等方面的研究，gaojiawenqiang@163.com；
  蒋甲丁（1982），男，教授，博士，从事能源与动力工程、智能控制及电解制氢技术等方面的研究，jjd917@163.com；
  尹少武（1979），男，教授，博士，从事储能材料及其应用、烟气净化与余热回收、超细颗粒制备与表征、谷物/中药材干燥等方面的研究，yinsw@ustb.edu.cn；
  樊小朝（1979），男，教授，博士，从事新能源发电、储能技术及综合能源系统等方面的研究，fxc0102@126.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(72361033);新疆维吾尔自治区自然科学基金项目(2023D01A79);新疆维吾尔自治区“2+5”重点人才计划项目(03090003448);新疆维吾尔自治区重点研发项目(2022B01018-1)
- DOI：10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.005
  中图分类号：
- 收稿：2025-09-10，
  
  修回：2025-11-10，
  
  网络首发：2026-04-17，
  
  纸质出版：2026-06-25
- 稿件说明：
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王营超,刘亚锁,高钾等.面向西北地区枸杞干燥的太阳能-空气源热泵双源系统优化研究[J].综合智慧能源,2026,48(06):57-67.

WANG Yingchao,LIU Yasuo,GAO Jia,et al.Optimization of solar-assisted air source heat pump dual-source system for wolfberry drying in Northwest China[J].BLASTING,2026,48(06):57-67.
王营超,刘亚锁,高钾等.面向西北地区枸杞干燥的太阳能-空气源热泵双源系统优化研究[J].综合智慧能源,2026,48(06):57-67. DOI： 10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.005.

WANG Yingchao,LIU Yasuo,GAO Jia,et al.Optimization of solar-assisted air source heat pump dual-source system for wolfberry drying in Northwest China[J].BLASTING,2026,48(06):57-67. DOI： 10.3969/j.issn.2097-0706.2026.06.005.

摘要

针对西北地区农副产品干燥过程中能耗高、碳排放量大以及传统太阳能干燥技术受天气影响大、稳定性差等问题，构建了一种高效稳定的多能互补干燥系统。该系统旨在寻求一种适应西北地区高辐照度的清洁干燥技术方案以实现枸杞等高附加值农产品的绿色低碳加工。选取新疆精河县枸杞干燥为具体应用场景，设计并搭建了太阳能-空气源热泵双热源协同干燥系统。基于TRNSYS平台建立了系统的动态仿真模型，并结合精河县典型气象年数据对系统运行特性进行分析，提出了基于光照阈值的双模式运行策略：即晴天模式下由太阳能集热器独立供热，阴天或辐照不足时启动空气源热泵进行辅助加热。以系统费用年值最小化为优化目标，利用Genopt优化算法，对集热器面积、热泵额定制热量及集热器倾角等关键参数进行多目标协同优化。仿真与优化结果表明，系统在最佳参数组合下表现出优异的性能。与优化前相比，系统费用年值降低了9.0%，初投资降低了11.0%，运行能效比提升至3.4。此外，该系统将枸杞干燥周期从传统方式的18~22 h缩短至12 h，显著提升了干燥效率。环境效益方面，与传统燃煤干燥相比，该系统实现了81.3%的CO

减排量。提出的“光热优先-热泵互补”动态协同机制及优化后的系统参数，有效克服了太阳能的间歇性缺陷，降低了运行成本与碳排放。该技术方案为西北地区农产品干燥装备的绿色升级提供了可靠的理论依据和具有实践推广价值的技术路径。

Abstract

To address the high energy consumption，heavy carbon emissions， and the instability and weather dependency of traditional solar drying technologies in Northwest China， an efficient and stable multi-energy complementary drying system has been developed. The system aimed to provide a clean dryin

g technology suitable for regions in Northwest China with abundant solar resources. Taking wolfberry drying in Jinghe County，Xinjiang Uygur Autonomous Region，as the application scenario，a solar-assisted air source heat pump dual-source drying system was proposed and constructed. A dynamic simulation model was established on the TRNSYS platform. Combined with local meteorological data，the operational characteristics of the system under typical operating conditions were analyzed. A dual-mode operational strategy based on working-condition switching was proposed：solar energy provided heating independently on sunny days，while the heat pump supplied auxiliary heating on cloudy days or under insufficient solar irradiation conditions. Taking the system's annual cost as the optimization objective，key parameters including collector area，heat pump heating capacity，and collector tilt angle were optimized using the Genopt optimization algorithm. The system exhibited excellent performance under optimal parameter combinations. The results showed that after optimization，the system's annual cost decreased by 9%，the operational energy efficiency ratio improved to 3.4，and the initial investment was reduced by 11%. Additionally， the drying period for wolfberry was shortened from 18-22 h with traditional methods to 12 h， significantly enhancing drying efficiency. In terms of environmental benefits， the system achieved an 81.3% reduction in CO

emissions compared to the conventional drying method supported by coal. The dynamic synergy mechanism and optimized system parameters should follow the principle of "prioritizing solar thermal energy and taking heat pumps as supplementary heat sources". This strategy effectively addressed the intermittency of solar energy， reduced the operating costs， and lowered carbon emissions. The findings provide a reliable theoretical basis and a practically valuable technical scheme for the green upgrading of agricultural product drying equipment in the high irradiation regions of Northwest C

hina.

关键词

Keywords

references

SALEHI F . Recent applications of heat pump dryer for drying of fruit crops： A review ［J］. International Journal of Fruit Science ， 2021 ， 21 （ 1 ）： 546 - 555 .

孙蕾，牟欢，张红云 . 新疆精河宁杞1号的外观品质与气象条件关系研究［J］. 沙漠与绿洲气象， 2022 ， 16 （ 3 ）： 139 - 143 .

SUN Lei ， MU Huan ， ZHANG Hongyun . Study on the correlation between appearance quality of ningqi No.1 and meteorological factors in Jinghe County， Xinjiang ［J］. Desert and Oasis Meteorology ， 2022 ， 16 （ 3 ）： 139 - 143 .

WANG Y C ， JIANG J D ， LIU Y S ， et al . Simulation study of pipeline insulation performance based on composite-phase change materials ［J］. Energy Sources， Part A： Recovery， Utilization， and Environmental Effects ， 2025 ， 47 （ 1 ）： 6861 - 6875 .

张派伟，张振迎，武雨萌，等 . 热泵干燥技术的应用现状及展望［J］. 化学工程， 2024 ， 52 （ 6 ）： 40 - 46 .

ZHANG Paiwei ， ZHANG Zhenying ， WU Yumeng ， et al . Application and prospects of heat pump drying technology ［J］. Chemical Engineering （China）， 2024 ， 52 （ 6 ）： 40 - 46 .

闫素英，赵龙，王群 . 太阳能热泵联合系统的枸杞干燥特性与能耗分析［J］. 太阳能学报， 2023 ， 44 （ 12 ）： 106 - 112 .

YAN Suying ， ZHAO Long ， WANG Qun . Drying characteristics and energy consumption analysis of solar heat pump combined system of wolfberry ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2023 ， 44 （ 12 ）： 106 - 112 .

王云峰，常伟，李明，等 . 直通式真空管空气集热器热性能实验及干燥应用［J］. 太阳能学报， 2020 ， 41 （ 1 ）： 21 - 28 .

WANG Yunfeng ， CHANG Wei ， LI Ming ， et al . Experimental study on direct pass all-glass evacuated tubular solar air collectorand drying application ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2020 ， 41 （ 1 ）： 21 - 28 .

胡建军，张广秋，朱晴，等 . 光伏自驱动平板式太阳能空气集热器设计及其性能实验［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 8 ）： 281 - 288 .

HU Jianjun ， ZHANG Guangqiu ， ZHU Qing ， et al . Design and performance test of photovoltaic self-driven solar air collector ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 8 ）： 281 - 288 .

吴玉庭，董晓明，张灿灿 . 槽式太阳能集热管换热特性分析［J］. 工程热物理学报， 2025 ， 46 （ 4 ）： 1229 - 1243 .

WU Yuting ， DONG Xiaoming ， ZHANG Cancan . Analysis of heat transfer characteristics of trough solar collector tube ［J］. Journal of Engineering Thermophysics ， 2025 ， 46 （ 4 ）： 1229 - 1243 .

MALAISAMY S ， SUNDARAM B M ， SRINIVASAN A . Advanced control of solar-powered automated drying systems to enhance grain quality using a hybrid HOA-CINN approach ［J］. Solar Energy ， 2025 ， 293 ： 113467 .

TAKI M ， NOSHAD M ， JASEMI M M ， et al . Application of even span greenhouse solar dryer （ESGSD） for drying Persian shallot； Kinetic analysis， machine learning modeling and quality evaluation ［J］. Case Studies in Thermal Engineering ， 2025 ， 68 ： 105880 .

LI J ， ZHANG Y ， LI M ， et al . Study on heating performance of solar-assisted heat pump drying system under large temperature difference ［J］. Solar Energy ， 2021 ， 229 ： 148 - 161 .

白皓明，刘瑞玲，牛犇，等 . 远红外联合热泵干燥对小米椒品质和抗氧化活性的影响［J/OL］. 食品与发酵工业， 1 - 12 （ 2025-06-09 ）［ 2025-07-30 ］. https：//doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042714 https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042714 .

BAI Haoming ， LIU Ruiling ， NIU Ben ， et al . Effects of far-infrared combined with heat pump drying on quality and antioxidant activity of capsicum frutescens ［J/OL］. Food and Fermentation Industries ， 1 - 12 （ 2025-06-09 ）［ 2025-07-30 ］. https：//doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042714 https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042714 .

井世亮，王久元， Nuhu Jibril ，等 . 全闭式谷物干燥机热泵系统的优化与研究试验［J/OL］. 南京农业大学学报， 1 - 12 （ 2025-04-08 ）［ 2025-07-30 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1148.S.20250408.0842.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1148.S.20250408.0842.002.html .

JING Shiliang ， WANG Jiuyuan ， NUHU Jibril ， et al . Optimization and experimental study on heat pump system of fully enclosed grain dryer ［J/OL］. Journal of Nanjing Agricultural University ， 1 - 12 （ 2025-04-08 ）［ 2025-07-30 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1148.S.20250408.0842.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1148.S.20250408.0842.002.html

汪泽林，张良，徐笑锋，等 . 面向药材贮藏的热泵干燥系统实验研究［J］. 包装工程， 2024 ， 45 （ 1 ）： 1 - 9 .

WANG Zelin ， ZHANG Liang ， XU Xiaofeng ， et al . Experimental research on heat pump drying system for medicinal herbs storage ［J］. Packaging Engineering ， 2024 ， 45 （ 1 ）： 1 - 9 .

刘书斌，郑访江，李成义，等 . 党参干燥的历史沿革及其品质研究进展［J］. 中华中医药杂志， 2025 ， 40 （ 1 ）： 343 - 346 .

LIU Shubin ， ZHENG Fangjiang ， LI Chengyi ， et al . Evolution of history and quality research progress on drying of Radix Codonopsis ［J］. China Journal of Traditional Chinese Medicine and Pharmacy ， 2025 ， 40 （ 1 ）： 343 - 346 .

姚远，秦汉时，付威，等 . 橡胶木太阳能-热泵联合干燥能耗分析［J］. 林业工程学报， 2019 ， 4 （ 6 ）： 29 - 35 .

YAO Yuan ， QIN Hanshi ， FU Wei ， et al . Energy consumption analysis of drying of hevea brasiliensis using solar energy-heat pump combined kiln ［J］. Journal of Forestry Engineering ， 2019 ， 4 （ 6 ）： 29 - 35 .

何伟，储文峰，胡中停，等 . 新型太阳能-空气源热泵联合干燥系统设计及枸杞干燥实验研究［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 12 ）： 59 - 63 .

HE Wei ， CHU Wenfeng ， HU Zhongting ， et al . Design of new solar energy and air source heat pump combined drying system and experimental study on Chinese wolfberry drying ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 12 ）： 59 - 63 .

丁宇 . 杨木单板太阳能协同干燥技术研究［D］. 北京：北京林业大学， 2020 .

DING Yu . Research on the collaborative drying technology of solar energy for poplar veneer ［D］. Beijing ： Beijing Forestry University ， 2020 .

侯峰，何汀，冀瑞浩，等 . 青海西宁地区太阳能耦合多热源热泵干燥系统性能模拟与优化研究［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 10 ）： 231 - 241 .

HOU Feng ， HE Ting ， JI Ruihao ， et al . Research on performance simulation and optimization of solar coupled multi-heat source heat pump drying system in Xining area of Qinghai Province ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 10 ）： 231 - 241 .

朱传辉，李保国，杨会芳，等 . 太阳能-热泵联合装置设计及香菇干燥实验研究［J］. 太阳能学报， 2020 ， 41 （ 11 ）： 149 - 155 .

ZHU Chuanhui ， LI Baoguo ， YANG Huifang ， et al . Design of solar-heat pump combinde device and experiment on drying of shiitake mushroom ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2020 ， 41 （ 11 ）： 149 - 155 .

胡灯运，何伟，张世超，等 . 太阳能-空气源热泵联合干燥系统设计及干燥枸杞的实验研究［J］. 新能源进展， 2018 ， 6 （ 2 ）： 83 - 89 .

HU Dengyun ， HE Wei ， ZHANG Shichao ， et al . Design of a solar-air source heat pump drying system and experimental research on drying lycium barbarum ［J］. Advances in New and Renewable Energy ， 2018 ， 6 （ 2 ）： 83 - 89 .

杜江凌，南晓红，王赞社，等 . 基于TRNSYS的茯砖茶生产工艺能源系统节能环保特性研究［J］. 制冷学报， 2022 ， 43 （ 5 ）： 136 - 144 .

DU Jiangling ， NAN Xiaohong ， WANG Zanshe ， et al . Energy saving and environmental protection characteristics of energy system for producing Fu brick tea based on TRNSYS ［J］. Journal of Refrigeration ， 2022 ， 43 （ 5 ）： 136 - 144 .

张山清，普宗朝，李景林 . 近50年新疆日照时数时空变化分析［J］. 地理学报， 2013 ， 68 （ 11 ）： 1481 - 1492 .

ZHANG Shanqing ， PU Zongchao ， LI Jinglin . The spatial-temporal variation of sunshine duration in Xinjiang during 1961—2010 ［J］. Acta Geographica Sinica ， 2013 ， 68 （ 11 ）： 1481 - 1492 .

李学武，张京朋，赵天保，等 . 我国西北地区干湿变化特征及其未来预估［J］. 气候与环境研究， 2024 ， 29 （ 1 ）： 59 - 74 .

LI Xuewu ， ZHANG Jingpeng ， ZHAO Tianbao ， et al . Characteristics of dry and wet variations in the northwest China and their future predictions ［J］. Climatic and Environmental Research ， 2024 ， 29 （ 1 ）： 59 - 74 .

ZHANG Y H ， REN J ， PU Y R ， et al . Solar energy potential assessment： A framework to integrate geographic， technological， and economic indices for a potential analysis ［J］. Renewable Energy ， 2020 ， 149 ： 577 - 586 .

姚牧池 . 不同工况下太阳能集热器耦合热泵干燥系统性能研究［D］. 昆明：云南师范大学， 2023 .

YAO Muchi . Study on performance of solar collector coupled with heat pump drying system under different working conditions ［D］. Kunming ： Yunnan Normal University ， 2023 .

XU Y R ， WAN F X ， ZANG Z P ， et al . Effect of different pretreatment methods on drying characteristics and quality of wolfberry （ Lycium Barbarum ） by radio frequency-hot air combined segmented drying ［J］. Food and Bioprocess Technology ， 2024 ， 17 （ 11 ）： 3861 - 3875 .

ZHANG A N ， XIE L ， WANG Q H ， et al . Effect of the ripen ing stage on the pulsed vacuum drying behavior of goji berry （ Lycium Barbarum ）： Ultrastructure， drying characteristics， and browning mechanism ［J］. Food Chemistry ， 2024 ， 442 ： 138489 .

汤梓涵，王帅杰，鞠振河，等 . 光伏/光热耦合空气源热泵系统性能优化［J］. 综合智慧能源， 2024 ， 46 （ 4 ）： 34 - 41 .

TANG Zihan ， WANG Shuaijie ， JU Zhenhe ， et al . Performance optimization of photovoltaic/thermal systems coupled with air source heat pumps ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2024 ， 46 （ 4 ）： 34 - 41 .

胡芸蓉，周礼庆，姜海潮，等 . 新型宽温域热电双驱压缩-吸收型热泵循环特性分析［J］. 综合智慧能源， 2024 ， 46 （ 12 ）： 64 - 71 .

HU Yunrong ， ZHOU Liqing ， JIANG Haichao ， et al . Characteristic analysis of a new wide temperature range thermoelectric dual-drive compression-absorption heat pump cycle ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2024 ， 46 （ 12 ）： 64 - 71 .

魏夕凯，谭效时，阮嘉桐，等 . 2005—2021年区域和省级电网碳排放因子研究［J］. 气候变化研究进展， 2024 ， 20 （ 3 ）： 337 - 350 .

WEI Xikai ， TAN Xiaoshi ， RUAN Jiatong ， et al . Research on carbon emission factors of regional and provincial power grids from 2005 to 2021 ［J］. Climate Change Research ， 2024 ， 20 （ 3 ）： 337 - 350 .

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